DE102016122469B4

DE102016122469B4 - Relais mit zwangsgeführten Kontakten

Info

Publication number: DE102016122469B4
Application number: DE102016122469.3A
Authority: DE
Inventors: Mathias Braunmiller
Original assignee: Etl Tech GmbH; Etl Technologies GmbH
Current assignee: Etl Tech GmbH; Etl Technologies GmbH
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2036-11-23
Also published as: DE102016122469A1

Abstract

Relais (10), insbesondere Hochspannungsrelais mit zwangsgeführten Kontakten, das Folgendes aufweist:
- einen Aktuator (12),
- einen Betätiger (88), der mit dem Aktuator (12) gekoppelt ist,
- eine Schalteinheit (28), die zumindest einen ersten Schalter (50) und einen zweiten Schalter (52) umfasst, die über den Betätiger (88) miteinander zwangsgeführt gekoppelt sind, und die jeweils zumindest eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweisen, und
- eine Zusatzführung (110) mit zumindest einem Führungshebel (112, 114), der mit dem Betätiger (88) und zumindest dem ersten Schalter (50) oder dem zweiten Schalter (52) gekoppelt ist,
wobei der erste Schalter (50), der zweite Schalter (52) und der Führungshebel (112, 114) durch den Betätiger (88) antreibbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Schalter (50) und der zweite Schalter (52) jeweils einen ersten, stabilen Zustand und einen zweiten, metastabilen oder stabilen, Zustand aufweisen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Relais mit zwangsgeführten Kontakten, wobei das Relais einen Aktuator, insbesondere einen Elektromagneten, einen Betätiger, der mit dem Aktuator gekoppelt ist, und eine Schalteinheit, die zumindest einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, die über den Betätiger miteinander zwangsgeführt gekoppelt sind, und die jeweils zumindest eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweisen.
Aus der DE 28 05 020 B1 ist ein Relais gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 bekannt.
Gestaltungsgrundsätze für und Anforderung an elektromechanische Elementarrelais können bspw. der DIN-EN 61810 (IEC 61810) entnommen werden. Insbesondere wird auf den Teil 3 der DIN-EN 61810 (IEC 61810) verwiesen, der sich mit Relais mit mechanisch zwangsgeführten Kontakten befasst.
Relais werden für verschiedenste Anwendungen genutzt. Es sind zwar mittlerweile sog. Halbleiterrelais bekannt. Jedoch gibt es weiterhin spezielle Anwendungen, bei denen klassische elektromechanische Relais von Vorteil sind. Die vorliegende Offenbarung befasst sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, mit Relais, die im Hochspannungsbereich eingesetzt werden können. Derartige Relais werden auch als Hochspannungsrelais bezeichnet. Ein Spannungsbereich kann etwa bis zu 6000 V Wechselspannung und/oder 8000 V Gleichspannung betragen.
Beispielhafte Anwendungen für Relais, insbesondere für Relais, die mit einer Zwangsführung versehen sind, finden sich bei Steuerungen für sicherheitsrelevante Funktionen. Beispielsweise können Lastkreise und Überwachungskreise für Sicherheitssteuerungen betroffen sein, etwa für Maschinen und Anlagen. Anwendungen finden sich grundsätzlich im Maschinen- und Anlagenbau, in der Prozesstechnik, bei Medizingeräten, bei Aufzugssteuerungen, bei der Bahntechnik, usw. Ferner werden derartige Relais in der Prüftechnik genutzt, etwa bei der Überprüfung von Haushaltsgeräten, elektrotechnischen Erzeugnissen, technischen Anlagen und Einrichtungen und Ähnlichem, im Hinblick auf Hochspannungsfestigkeit und sonstige Anforderung. Solche Relais werden beispielsweise als Prüfrelais bezeichnet. Demgemäß ergeben sich hohe Genauigkeits- und Sicherheitsanforderungen.
Aus der EP 1 143 474 A1 ist ein Sicherheitsrelais bekannt, mit einem elektromagnetischen Antrieb, der eine an einen Steuerstrom anschließbare Spule mit Kern/Joch und einen beweglichen Anker aufweist, einer Reihe von mehreren an einem elektrisch isolierenden Trägerteil angeordneten, aus wenigstens zwei Kontaktelementen bestehenden, durch den Antrieb betätigbaren Kontakten, wobei die Kontaktelemente mit einem Stromanschlusselement verbunden sind und jeweils wenigstens eines der Kontaktelemente durch eine längliche Kontaktfeder gebildet ist, wobei die Kontaktfeder an einem Ende mit einem Federfuß im Trägerteil festsitzt und am dem Federfuß gegenüberliegenden Ende mit einem Kontaktkopf versehen und beweglich ist, und mit einem mittels des Ankers parallel zur Achse des Kerns beweglichen Kamm, wobei eine Federlängsachse der Kontaktfeder quer zur Bewegungsrichtung des Kammes und parallel zur Trennwand angeordnet und die Kontaktfeder durch den Kamm zwangsgeführt ist.
Aus der WO 01/99135 A1 ist ein Relais mit einem bistabilen elektrischen Schalter bekannt, mit einer Feder, die als bistabile Sprungfeder ausgebildet ist und zumindest ein Kontaktelement auf einem Bereich der Feder trägt und mit zumindest einem Antriebselement aus Formgedächtnismaterial je Schaltzustand zum Antrieb der Feder, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder zumindest ein Blatt aufweist, das einer Druckspannung in Richtung seiner Längsausdehnung unterworfen ist und dieser durch Beulen nach einer Seite in einen von zwei stabilen Endzuständen ausweicht, dass der Bereich der Feder in den stabilen Endzuständen unterschiedliche laterale Positionen einnimmt und dass die Antriebselemente am Blatt angreifen und durch Lageänderung des Blattes an der Angriffsstelle ein Umspringen des Blattes in den zweiten stabilen Endzustand bewirken.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei Relais, die hohen Anforderungen unterliegen, etwa in der Prüftechnik, zuweilen noch Optimierungspotential gegeben ist. Dies kann bspw. die Hochspannungsfestigkeit, die Alterungsbeständigkeit, die Gewährleistung hinreichend großer Luftstrecken und Kriechstrecken, usw. betreffen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein Relais, insbesondere ein Hochspannungsrelais mit zwangsgeführten Kontakten, anzugeben, das normativ vorgegebene und sonstige Anforderungen erfüllt oder sogar übererfüllt. Insbesondere soll sich das Relais für Hochspannungsanwendungen eignen, etwa im Bereich der Prüftechnik. Das Relais soll möglichst derart gestaltet sein, dass sich sehr hohe Spannungen mit hoher Funktionssicherheit trennen lassen. Das Relais soll ferner eine hohe Lebensdauer aufweisen und auch nach vielen Lastwechseln mit einer gewünschten Mindestgenauigkeit betrieben werden können.
Schließlich soll das Relais gemäß zumindest einigen Ausgestaltungen möglichst energiearm betrieben werden können. Ferner soll das Relais möglichst modular gestaltet sein, um eine horizontale und/oder vertikale Kaskadierung (Reihenanordnung und/oder Spaltenanordnung) zu ermöglichen. Auch auf diese Weise soll sich die Eignung etwa für Prüfanlagen, Sicherheitsanlagen und sonstiger Anwendungen verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung durch ein Relais gemäß dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung durch ein Relais gemäß dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 2 gelöst.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Erfindungsgemäß wird nämlich neben der Zwangsführung durch den Betätiger, der gemeinsam auf den ersten Schalter und den zweiten Schalter einwirkt, eine Zusatzführung bereitgestellt, die zumindest einen Führungshebel aufweist, der selbst im Falle des Versagens von Komponenten ein sicheres Trennen und/oder Schließen bewirken kann. Somit können unerwünschte Zustände (entgegengesetzte Schaltstellungen bei den beiden Schaltern) weitgehend oder gar vollständig vermieden werden.
Beispielsweise ist die Zusatzführung mit der Maßgabe gestaltet, dass bei einem Bruch oder Verschleiß einer Komponente des Schalters kein geöffneter Kontakt geschlossen wird, wenn der jeweils andere Kontakt noch geöffnet ist.
Der Betätiger und der Führungshebel wirken jeweils gleichsinnig auf den Schalter der Schalteinheit. Mit anderen Worten ist der Betätiger über zwei Pfade mit den Schaltern der Schalteinheit gekoppelt, einmal direkt und einmal indirekt. Die indirekte Kopplung des Betätigers erfolgt über den zumindest einen Führungshebel.
Der Betätiger und der zumindest eine Führungshebel der Zusatzführung wirken gleichsinnig auf die Schalteinheit, dies umfasst beispielhaft ein richtungsgleiches und/oder drehrichtungsgleiches Einwirken auf den oder die Schalter. Vorzugsweise ist für jeden Schalter der Schalteinheit ein Führungshebel vorgesehen.
Ein weiterer Vorteil der obigen Gestaltung ist, dass, etwa im Falle eines Wechselkontakts, einander gegenüberliegende Kontakte mit hinreichend großem Abstand vorgesehen sein können. Auf diese Weise kann etwa eine hinreichend lange Luftstrecke bzw. Kriechstrecke gewährleistet werden. Gleichwohl sind die Schalteinheit und die Zusatzführung derart gestaltet, dass ein sicheres Hin- und Herschalten zwischen den Kontakten gegeben ist.
Der Aktuator ist bspw. als Elektromagnet ausgeführt. Ein Elektromagnet kann etwa als Klappankermagnet, Schwenkankermagnet, Tauchankermagnet und in ähnlicher Weise ausgeführt sein. Beispielsweise weist der Elektromagnet einen durch elektromagnetische Kräfte bewegbaren Anker auf, der mit dem Betätiger gekoppelt ist.
Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weisen erfindungsgemäß der erste Schalter und der zweite Schalter jeweils einen ersten, stabilen Zustand und einen zweiten, metastabilen oder stabilen, Zustand auf, wobei der erste Schalter und der zweite Schalter insbesondere bistabil gestaltet sind. Diese Gestaltung trifft beispielsweise auf die Schalter in isolierter Betrachtung zu, nicht unbedingt auf die Funktion der Schalter im Verbund.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass etwa im Falle eines Wechselschalters sowohl bei dem einen Kontakt als auch bei dem anderen Kontakt des Wechselschalters im Falle der Kontaktierung eine hinreichend hohe Kontaktkraft gegeben ist. Demgemäß können die gewünschten Schaltzustände sicher erreicht werden.
Diese Gestaltung schließt nicht aus, dass das Relais insgesamt als monostabiles System gestaltet ist. Zu diesem Zweck ist beispielsweise eine Rückstellfeder vorgesehen, die gegen eine durch den Aktuator aufbringbare Kraft auf den Betätiger einwirkt. Diese Kraft drängt die Schalter grundsätzlich in einen stabilen Zustand.
Nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst erfindungsgemäß das Relais ferner ein Gehäuse, das eine Lagerung für den zumindest einen Führungshebel bereitstellt, wobei der zumindest eine Führungshebel um die Lagerung verschwenkbar ist, wenn der Betätiger bewegt wird. Die Bewegung des Betätigers, bei der es sich beispielhaft um eine translatorische Bewegung handelt, wirkt somit einerseits auf den oder die Schalter der Schalteinheit selbst und ferner jedoch auch auf den zumindest einen Führungshebel. Der zumindest eine Führungshebel ist wiederum mit einem Schalter der Schalteinheit gekoppelt, um auf diesen einzuwirken, etwa im Falle des Versagens von Komponenten des Schalters.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des Relais ist der Führungshebel durch die Schalteinheit, insbesondere durch eine Trägerfeder der Schalteinheit, in seiner am Gehäuse gelagerten Position gesichert ist. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass keine aufwändigen Befestigungsmittel für den Führungshebel vorgesehen sind. Der Führungshebel kann gewissermaßen durch den Schalter selbst in seiner Aufnahme am Gehäuse gesichert sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Führungshebel integral mit dem Gehäuse oder Teilgehäuse gefertigt, wobei eine bewegliche Lagerung über ein Stoffgelenk erfolgt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Relais ist am Gehäuse ferner eine Gehäuseführung in Form eines Haltebügels vorgesehen, die einen Anschlag für zumindest den Führungshebel oder einen der Schalter der Schalteinheit bereitstellt. Ein solcher Anschlag kann einerseits als Montagehilfe dienen, um etwa die Komponenten des Schalters oder den zumindest einen Führungshebel zumindest temporär in einem noch nicht vollständig montierten Zustand sicher zu halten. Ferner kann der Anschlag im Betrieb genutzt werden, um übermäßige Bewegungen bzw. übermäßige Belastungen zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Relais ist ein Drehpunkt des Führungshebels von einen Drehpunkt des zugeordneten Schalters in Richtung auf einen Bereich versetzt, in dem der Betätiger an den Schalter angreift. Es versteht sich, dass der Drehpunkt des Schalters und/oder der Drehpunkt des Führungshebels grundsätzlich auch ein gedachter Drehpunkt sein kann, der etwa durch ein Stoffgelenk bereitgestellt wird. Ferner ist es vorstellbar, dass der Schalter als mehrteiliger Schalter gestaltet ist, wobei ein Drehpunkt durch eine entsprechende Kopplung der beteiligten Elemente definiert sein kann.
Nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist erfindungsgemäß der Führungshebel einen Arm auf, der eine Mitnahmeausnehmung des Betätigers durchragt, wobei an einem Ende des Arms eine Lagerung und am anderen Ende des Arms eine Schwenkführung ausgebildet ist, in Form einer Führungsgabel, die eine Kontaktlamelle des Schalters, an einer Oberseite und einer Unterseite umgreift. Auf diese Weise kann der Führungshebel einen Bereich definieren, in dem sich der Schalter befinden kann. Sollte es zum Versagen bzw. zu übermäßigem Verschleiß einer der Komponenten des Schalters kommen, wird auf diese Weise sichergestellt, dass keine unerwünschten Schaltstellungen erreichbar sind. Der Führungshebel stellt eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Funktionssicherheit dar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Relais umfassen der erste Schalter und der zweite Schalter jeweils ein Federpaket, das Folgendes umfasst:

- eine Trägerfeder, die mit einem ersten Kontaktanschluss verbunden ist,
- eine Kontaktlamelle, die an der Trägerfeder aufgenommen ist, und die in der ersten Schaltstellung einen ersten Kontakt und in der zweiten Schaltstellung einen zweiten Kontakt eines Wechselkontaktes kontaktiert, und
- ein Federelement, das zwischen der Trägerfeder und der Kontaktlamelle aufgenommen ist, um die Trägerfeder und die Kontaktlamelle gegeneinander zu verspannen.

Auf diese Weise ist der bewegliche Teil des Schalters beispielhaft als Koppelmechanismus ausgeführt, wobei die Elastizität der beteiligten Komponenten zum Schalten genutzt wird. Die Gestaltung des Federpaketes erlaubt eine bistabile Ausführung des Schalters. Es ist jedoch auch vorstellbar, den Schalter weder genau monostabil noch genau bistabil auszuführen, sondern einen ersten, stabilen und einen zweiten, metastabilen Zustand zu definieren.
Das Federpaket als solches ist beispielsweise bistabil aufgeführt, wobei sich beim Schalter - isoliert betrachtet - insgesamt eine bistabile Charakteristik ergeben kann. Das Relais im Gesamten ist vorzugsweise als monostabiles System gestaltet.
Die oben genannten Maßnahmen haben den Vorteil, dass für jeden der beiden Kontakte eines Wechselkontakts eine gewünschte und hinreichend hohe Kontaktkraft erzeugbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Relais ist die Kontaktlamelle schwenkbar an einer Basis aufgenommen, die an der Trägerfeder vorgesehen ist, wobei das Federelement der Trägerfeder und der Kontaktlamelle zwischengeschaltet ist und die Kontaktlamelle unter Vorspannung an der Trägerfeder hält.
Auf diese Weise erzeugt das Federelement eine Kraft, die zumindest eine Komponente aufweist, die vom ersten Kontaktanschluss weg in Richtung auf den Wechselkontakt gerichtet ist.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung ist ein Drehpunkt der Kontaktlamelle an der Trägerfeder in einer Ebene angeordnet, die sich senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Betätigers erstreckt, und die zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt des Wechselkontaktes angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Ebene etwa mittig zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt des Wechselkontaktes angeordnet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung wird das Federelement vorgespannt und, nach Durchlaufen eines Totpunkts, entspannt, wenn die Kontaktlamelle zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung bewegt wird.
Beispielhaft befindet sich der Totpunkt nahe der Ebene oder in der Ebene, die sich senkrecht zur Bewegung des Betätigers erstreckt und zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt, vorzugsweise im Drehpunkt der Kontaktlamelle, angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Relais wirkt das Federelement schließkraftverstärkend, wobei das Federelement insbesondere sowohl in der ersten Schaltstellung als auch in der zweiten Schaltstellung jeweils eine Kraftkomponente auf die Kontaktlamelle erzeugt, die die Kontaktlamelle in Richtung auf den jeweiligen Kontakt des Wechselkontaktes drängt. Dies sorgt für eine eindeutige und sichere Schaltfunktion des Relais.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Federelement als Druckfeder, insbesondere als Tonnenfeder, gestaltet ist und zwischen einer Federführung der Trägerfeder und einer Federführung der Kontaktlamelle aufgenommen. Somit kann das Federelement in einfacher Weise die Trägerfeder und die Federführung gegeneinander verspannen, wobei die Federführung an einer an der Trägerfeder ausgeformten oder aufgenommenen Basis gelagert ist.
Auf diese Weise bilden die Trägerfeder, die Kontaktlamelle und das Federelement ein Federpaket, das sich beispielhaft ähnlich einem Knackfrosch verhält. Das Federpaket ist, je nach Auslegung der beteiligten Komponenten, bistabil, wobei in jedem der beiden stabilen Zustände ein Kontakt mit einem der beiden Kontakte des Wechselkontaktes erfolgt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung greift der Betätiger zwischen dem ersten Kontaktanschluss und dem Wechselkontakt an das Federpaket, insbesondere an die Kontaktlamelle, an. Dies hat den Vorteil, dass nur relativ geringe Betätigungskräfte erforderlich sind. Die Kontaktlamelle kann derart ausgelegt sein, dass mit einer nur relativ geringen Kraft ein Umschalten bewirkt werden kann. Gemäß dieser Ausgestaltung greift der Betätiger nicht direkt an der Trägerfeder an. Die Bewegung des Federpaketes erfolgt primär durch die Kontaktlamelle. Bei der Bewegung des Federpaketes wird das Federelement gestaucht bzw. expandiert. Die Trägerfeder selbst wird nur in relativ geringem Maße verformt.
Wie vorstehend bereits ausgeführt, ist am Gehäuse des Relais, insbesondere am Gehäuse der jeweiligen Schalteinheit, beispielhaft eine Gehäuseführung für das Federpaket vorgesehen. Die Gehäuseführung stellt beispielhaft einen Anschlag für die Trägerfeder bereit.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Relais stützt sich die Kontaktlamelle in zumindest einer Schaltstellung am Betätiger ab. Insbesondere ist die Kontaktlamelle in der zumindest einen Schaltstellung in einem Führungsbereich des Betätigers geführt. Insbesondere dann, wenn durch das Federelement eine Kraft auf die Kontaktlamelle aufgebracht wird, kann der Betätiger ein Gegenlager bereitstellen, um das die Kontaktlamelle ggf. gebogen wird bzw. an dem sich die Kontaktlamelle ggf. abstützt. Ein solcher Führungsbereich kann zwei Kontaktbereiche aufweisen, die jeweils einer der beiden Schaltstellungen zugeordnet sind. Somit kann die Kontaktlamelle einerseits durch den Betätiger bewegt werden und sich andererseits relativ zum Betätiger bewegen, wenn ein Umschalten zwischen den beiden (stabilen) Zuständen des Federpaketes erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Relais ist der zumindest eine Führungshebel mit einer Mitnahmeausnehmung des Betätigers gekoppelt, um bei Bewegungen des Betätigers eine Schwenkbewegung des Führungshebels zu bewirken, wobei ein Kraftangriff des Führungshebels an der Kontaktlamelle in einem Kontaktbereich erfolgt, der von der Mitnahmeausnehmung beabstandet ist. Vorzugsweise ist der Ort des Kraftangriffes des Führungshebels an der Kontaktlamelle von der Führungsausnehmung in Richtung auf den Wechselkontakt beabstandet. Somit ist der Kontaktbereich des Führungshebels mit der Kontaktlamelle näher am Wechselkontakt als der Bereich, in dem der Betätiger auf diese direkt einwirkt. Dies hat den Vorteil, dass der Führungshebel etwa bei einem Versagen der Kontaktlamelle oder eines anderen Bauteils des Federpakets eine unerwünschte Schaltstellung vermeiden kann, da eine zusätzliche Führung für die Kontaktlamelle bereitsteht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Relais wirkt das Federpaket derart mit dem Aktuator und mit einer Rückstellfeder zusammen, die einer Betätigungskraft des Aktuators entgegenwirkt, dass sich für jeden der Kontakte des Wechselkontaktes im Wesentlichen gleiche Kontaktkräfte ergeben. Dies trifft vorzugsweise in der ersten Schaltstellung auf den ersten Kontakt und in der zweiten Schaltstellung auf den zweiten Kontakt des Wechselkontaktes zu. Der Begriff „im Wesentlichen gleiche Kontaktkräfte“ kann bspw. einen Zustand umfassen, in dem sich die Anpresskraft in den beiden Schaltstellungen um maximal 20 %, vorzugsweise um maximal 10 % voneinander unterscheidet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Relais beträgt ein effektiver Abstand a zwischen den beiden Kontakten des Wechselkontaktes mindestens 15%, vorzugsweise mindestens 20%, weiter bevorzugt mindestens 25% eines Abstands I zwischen den Kontakten des Wechselkontaktes und einer gehäuseseitigen Fassung der Trägerfeder. Auf diese Weise kann eine hinreichend lange Luftstrecke und eine hinreichend lange Kriechstrecke gewährleistet werden. Gleichwohl erlaubt die Schalteinheit ein definiertes und sicheres Umschalten zwischen den beiden Schaltstellungen.
Beispielhaft beziehen sich die Abstandsangaben jeweils auf einen Mittelpunkt bzw. ein Zentrum eines Kontaktbereichs der Schalter, der durch einen Kontaktniet oder Ähnliches definiert ist. Die gehäuseseitige Fassung der Trägerfeder betrifft beispielhaft einen Bereich, in dem die Trägerfeder im Gehäuse aufgenommen ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Relais sind der Betätiger, die Schalteinheit und die Zusatzführung einer ersten Schaltstufe zugeordnet, wobei der Betätiger mit einem weiteren Betätiger koppelbar ist, insbesondere mittels einer Rastverbindung, und wobei der weitere Betätiger einer zweiten Schaltstufe zugeordnet ist, die auf die erste Schaltstufe aufsetzbar ist. Vorzugsweise kann die zweite Schaltstufe auf einer vom Aktuator abgewandten Seite auf die erste Schaltstufe aufgesetzt werden.
Dadurch, dass die Betätiger der beiden Schaltstufen miteinander koppelbar sind, insbesondere mittels einer Rastverbindung, können die erste Schaltstufe und die zweite Schaltstufe synchron betrieben werden. Mit anderen Worten ist das Relais kaskadierbar. Dank der günstigen Gestaltung der jeweiligen Schalteinheit der Schaltstufen können die beiden Schaltstufen mit lediglich einem Aktuator betätigt werden. Die beiden Schaltstufen können mit relativ geringen Kräften betätigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Relais ist der ersten Schaltstufe ein erstes Teilgehäuse und wobei der zweiten Schaltstufe ein zweites Teilgehäuse zugeordnet. Vorzugsweise ist das zweite Teilgehäuse mit dem ersten Teilgehäuse verrastbar. Auf diese Weise kann das Relais in einfacher Weise erweitert werden.
Vorzugsweise sind die Teilgehäuse der ersten Schaltstufe und der zweiten Schaltstufe ähnlich, weiter bevorzugt identisch gestaltet. Dies betrifft vorzugsweise insbesondere Rastkonturen an den Teilgehäusen. Weiter bevorzugt erlauben Rastkonturen und Rastelemente an der Seite des ersten Teilgehäuses, die dem zweiten Teilgehäuse gegenüberliegt, ein Verrasten und/oder Fügen des ersten Teilgehäuses mit einem Teilgehäuse des Aktuators.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Relais ferner einen optischen Statusindikator auf, der vorzugsweise mit einem Lichtleiter gekoppelt ist, wobei jeder Schaltstufe ein Lichtleitersegment zugeordnet ist, um an einer aufgesetzten Schaltstufe ein Signal bereitzustellen. Mit anderen Worten kann auch dann, wenn mehrere Schaltstufen übereinander vorgesehen sind, an der Seite, die vom Aktuator abgewandt ist, ein optisches Signal bereitgestellt werden.
Zu diesem Zweck ist es vorstellbar, in jedem der genutzten Teilgehäuse der Schaltstufen eine Ausnehmung/Führung für ein Lichtleitersegment bereitzustellen. Die Lichtleitersegmente können beispielhaft ein Lichtsignal weiterleiten, das durch eine LED oder ein ähnliches Leuchtmittel erzeugt wird. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Teilgehäuse der Schaltstufen selbst nicht mit aktiven optischen/elektronischen Bauelementen versehen sein müssen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Relais ferner eine Steuereinheit, vorzugsweise in Form einer Steuerungselektronik, zur Ansteuerung des Aktuators auf. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Aktuator mit einem Anzugstrom und einem Haltestrom anzusteuern. Dies kann beispielhaft auf Basis eines PMW-Signals (pulsweitenmoduliertes Signal) erfolgen. Auf diese Weise kann der Energiebedarf des Relais weiter verringert werden.
In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass die Gestaltung der Schalter als bistabile Schalter mit dem Federpaket weiter zur Energieeinsparung beitragen kann, da in den beiden Schaltzuständen, die vorzugsweise stabile oder näherungsweise stabile Schaltzustände sind, ein Kontakt mit relativ geringen Haltekräften gehalten werden kann.
Es ist grundsätzlich auch vorstellbar, lediglich eine Steuereinheit bereitzustellen, die den Aktuator in einfacher Weise bestromen kann oder nicht (ON/OFF). Auch auf diese Weise kann das Relais betrieben werden, wobei sich grundsätzlich ein höherer Energieverbrauch ergibt.
Durch die Nutzung einer Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, den Aktuator sowohl mit einem Anzugstrom als auch mit einem Haltestrom zu betreiben, ist es beispielhaft vorstellbar, einen Stromverbrauch im Haltemodus um etwa 60 % zu reduzieren. Dies heißt beispielhaft, dass der Aktuator einen Normalverbrauch in Höhe von 200 mA (Milliampere) hat, der gedeckt werden muss, wenn lediglich eine ON/OFF (An/Aus) Ansteuerung erfolgt. Sofern neben einem Anzugstrom auch ein grundsätzlich reduzierter Haltestrom bereitgestellt wird, kann jedenfalls im Haltemodus der Stromverbrauch auf etwa 70 mA oder gar weniger reduziert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Relais ferner eine Schnittstelle zur Kopplung mit einer übergeordneten Steuerung auf. So ist es vorstellbar, mehrere Relais über einen Bus miteinander zu koppeln. Somit können die Relais über eine übergeordnete Steuerung angesteuert werden. Die Kopplung mehrerer Relais kann einerseits funktional erfolgen, etwa über eine gemeinsame (übergeordnete) Steuereinheit.
Jedoch ist grundsätzlich auch eine mechanische, strukturelle und räumliche Kopplung vorstellbar, bei der mehrere Relais in Reihe miteinander verbunden werden. Grundsätzlich ist auch eine kombinierte Kopplung vorstellbar, die sowohl eine mechanische Kopplung als auch eine funktionale (elektrische/elektronische) Kopplung beinhaltet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorstellbar, mehrere Relais derart miteinander zu koppeln, dass ein Relais als Master-Relais fungiert und andere Relais als Slave-Relais fungieren. Demgemäß kann über eine Steuereinheit des Master-Relais eine Steuerung sowohl des Master-Relais als auch zumindest eines Slave-Relais erfolgen.
Vorzugsweise ist das Relais strukturell derart gestaltet, dass sich auf Basis lediglich einer Grundkonfiguration, insbesondere betreffend das Gehäuse mit den Teilgehäusen und die jeweiligen Schaltstufen, eine Vielzahl von Varianten bereitstellbar ist. Auf diese Weise kann ein Relaisbaukasten bereitgestellt werden, der verschiedene Varianten der Steuerung, wie oben beschrieben, zulässt. Ferner kann der Relaisbaukasten verschiedene Varianten der Kaskadierung und mechanischen/funktionalen Kopplung erlauben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Relais mit zwei Schaltstufen;
2 eine weitere perspektivische Ansicht des Relais gemäß 1 in einer geänderten Ansichtsorientierung in einem teilweise explodierten Zustand,
3 eine frontale Ansicht des Relais gemäß den 1 und 2;
4 eine geschnittene Seitenansicht des Relais gemäß 3 entlang der Linie IV-IV in 3;
5 eine rückwärtige Ansicht des Relais gemäß den 3 und 4;
6 eine perspektivische Ansicht einer Schaltstufe, wobei aus Veranschaulichungsgründen eine Schalteinheit sowie ein Teilgehäuse der Schaltstufe separat dargestellt sind;
7 eine weitere perspektivische Ansicht der Schalteinheit gemäß 6 in einer abgewandelten Orientierung;
8 eine Seitenansicht der in den 6 und 7 dargestellten Schalteinheit;
9 eine explodierte perspektivische Darstellung der Schalteinheit gemäß 8;
10 eine perspektivische, geschnittene Darstellung einer Schaltstufe eines Relais; und
11 eine frontale Darstellung einer Anordnung zweier Betätiger, die zwei Schaltstufen zugeordnet sind, wobei die Betätiger miteinander verrastet sind.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines insgesamt mit 10 bezeichneten Relais. 2 zeigt eine korrespondierende Starrstellung mit einer anderen Ansichtsorientierung, wobei die Darstellung in 2 zumindest teilweise explodiert ist.
Das Relais 10 umfasst einen Aktuator 12, der beispielhaft mit einem Elektromagneten versehen ist. Ferner umfasst das Relais 10 zumindest eine Schaltstufe 14. Gemäß dem anhand der 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele umfasst das Relais 10 eine erste Schaltstufe 14 und eine zweite Schaltstufe 16, die auf die erste Schaltstufe 14 aufgesteckt ist.
Ein Gehäuse des Relais 10 ist in 1 mit 20 bezeichnet. Das Gehäuse 20 umfasst ein Teilgehäuse 22, das dem Aktuator 12 zugeordnet ist. Ferner ist ein Teilgehäuse 24 vorgesehen, das der ersten Schaltstufe 14 zugeordnet ist. Ferner ist ein Teilgehäuse 26 vorgesehen, das der zweiten Schaltstufe 16 zugeordnet ist. Vorzugsweise sind die Teilgehäuse 24, 26 identisch, zumindest aber ähnlich gestaltet. Auf diese Weise können die Teilgehäuse 24, 26 übereinander gesteckt bzw. gestapelt werden, um mehrere Schaltstufen 14, 16 bereitzustellen.
Jeder der Schaltstufen 14, 16 ist eine Schalteinheit 28 zugeordnet, deren Gestaltung nachfolgend näher beschrieben wird.
Beispielsweise umfassen die Teilgehäuse 22, 24, 26 Führungselemente 30, 32, 34, 36, 38, vgl. 2. Die Führungselemente 30, 34, 38 umfassen beispielhaft Vorsprünge. Die Führungselemente 32 und 36 umfassen beispielhaft Ausnehmungen oder Ausklinkungen, die an die Vorsprünge angepasst sind. Ferner sind die Teilgehäuse 22, 24, 26 mit Rastelementen 40, 42, 44, 46, 48 versehen. Die Rastelemente 40, 44, 48 betreffen beispielhaft Rasthaken oder Rastnasen. Die Rastelemente 42, 46 betreffen beispielhaft Rastausnehmungen oder Rastvertiefungen, die an die Rasthaken angepasst sind.
Vorzugsweise weist das Teilgehäuse 22 an seiner dem Teilgehäuse 24 zugeordneten Seite eine Schnittstelle auf, die der Schnittstelle des Teilgehäuses 24 an seiner dem Teilgehäuse 26 zugeordneten Seite zumindest ähnlich, vorzugsweise identisch ist. Auf diese Weise ist es unerheblich, ob beispielhaft zuerst das Teilgehäuse 26 auf das Teilgehäuse 22 aufgesteckt wird, oder zuerst das Teilgehäuse 24. Die Teilgehäuse 24, 26, vorzugsweise die gesamten Schaltstufen 14, 16, können grundsätzlich untereinander austauschbar und ersetzbar gestaltet sein.
Jede der Schaltstufen 14 und 16 umfasst gemäß dem anhand der 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel zwei Schalter 50, 52 bzw. 54, 56. Ergänzend wird auf die 3, 4 und 5 Bezug genommen, die verschiedene Ansichten des bereits in den 1 und 2 gezeigten Relais 10 veranschaulichen.
4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des Relais 10 entlang einer Linie IV-IV in 3. 3 zeigt eine Vorderansicht oder Frontalansicht. 5 zeigt eine rückwärtige Ansicht oder Rückansicht.
Beispielhaft umfasst die Schaltstufe 14 zwei Schalter 50, 52. Beispielhaft umfasst die Schaltstufe 16 zwei Schalter 54, 56. Die Schalter 50, 52 sowie 54, 56 der Schaltstufen 14 und 16 sind jeweils parallel angeordnet und gemeinsam zwangsgeführt. In den 2 und 4 ist mit 58 ein Stößel bezeichnet, der mit dem Aktuator 12 gekoppelt ist, um auf die Schaltstufen 14, 16, insbesondere auf deren Schalter 50, 52, 54, 56 einzuwirken.
Der teilweise explodierten Darstellung gemäß 2 ist ferner entnehmbar, dass das Teilgehäuse 22, das dem Aktuator 12 zugeordnet ist, Bauraum für eine Steuerung oder Steuerungselektronik 60 bereitstellt, die etwa eine Leiterplatte 62 umfassen kann. Die Leiterplatte 62 kann je nach Funktionsumfang ggf. auch kleiner ausgeführt werden. Beispielhaft kann die Steuerungselektronik 60 dazu ausgebildet sein, den Aktuator 12 auf Basis eines pulsweitenmodulierten (PWM) Signals anzusteuern, um etwa bei einem Elektromagneten eine Ansteuerung mit einem Anzugsstrom sowie mit einem (geringeren) Haltestrom zu ermöglichen.
Insgesamt veranschaulicht 2 die Modularisierbarkeit des Relais 10. Das Relais 10 ist kaskadierbar, eine Mehrzahl von Schaltstufen 14, 16 kann verbaut werden, wobei die Schaltstufen 14, 16 in einfacher Weise übereinander gestapelt und gesteckt werden können.
Mit Bezug auf 4 wird eine beispielhafte Ausgestaltung von Schalteinheiten 28 der Schaltstufe 14, 16 näher veranschaulicht. 4 zeigt einen etwa mittigen Schnitt durch die Schalter 52, 56, vgl. auch 3. Ferner zeigt 4 einen Schnitt durch ein Zentrum des Aktuators 12. Die Schnittdarstellung gemäß 4 enthält einen Stufenschnitt.
4 ist ferner entnehmbar, dass der Schalter 52 ein Federpaket 64 und der Schalter 56 ein Federpaket 66 umfasst. Anhand des Federpaketes 64 wird eine beispielhafte nähere Gestaltung veranschaulicht. Das Federpaket 64 umfasst einen ersten Kontaktanschluss 70. Auf einer gegenüberliegenden Seite ist ein Wechselkontakt 72 vorgesehen, der einen ersten Kontakt 74 und einen zweiten Kontakt 76 aufweist. Das Federpaket 64 ist derart ansteuerbar, dass eine Kontaktierung mit dem ersten Kontakt 74 oder dem zweiten Kontakt 76 ermöglicht ist. In einer ersten Schaltstellung wird der erste Kontakt 74 kontaktiert. In einer zweiten Schaltstellung wird der zweite Kontakt 76 kontaktiert. Es versteht sich, dass auch die Schalter 50, 54, 56 identisch, grundsätzlich zumindest ähnlich gestaltet sein können.
Zur Betätigung der Schalter 50, 52, 54, 56 umfasst der Aktuator 12 beispielhaft einen Elektromagnet 80, der einen Anker 82 aufweist, der mit dem Stößel 58 gekoppelt ist. Ferner ist in 4 mit 84 eine Rückstellfeder für den Elektromagnet 80 angedeutet, die den Elektromagnet 80 in eine Ruhestellung drängt. Auf diese Weise können die Schalter 50, 52, 54, 56 zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung umgeschaltet werden, indem der Elektromagnet 80 bestromt wird oder nicht.
Es versteht sich, dass der Aktuator 12 auch in abweichender Weise gestaltet sein kann. Beispielhaft kann statt eines Tauchankermagnets auch ein Klappankermagnet oder ein Schwenkankermagnet verbaut werden. Ferner ist es grundsätzlich vorstellbar, Koppeltriebe zwischen einem Anker des Magneten und den Schaltern 50, 52, 54, 56 vorzusehen.
Die Betätigung der Schalter 50, 52, 54, 56 erfolgt über Betätiger 88,90. Ein Betätiger 88 ist der ersten Schaltstufe 14 zugeordnet. Ein Betätiger 90 ist der zweiten Schaltstufe 16 zugeordnet.
Der Betätiger 88 ist sowohl mit dem Schalter 50 als auch mit dem Schalter 52 gekoppelt. Der Betätiger 90 ist sowohl mit dem Schalter 54 als auch mit dem Schalter 56 gekoppelt. In diesem Zusammenhang wird der Einfachheit halber bereits ergänzend auf die 6 und 7 verwiesen, die den Betätiger 88 beim Zusammenwirken mit den Schaltern 50, 52 zeigen.
Mit erneuten Bezug auf die explodierte Darstellung in 2 wird eine beispielhafte Ausführungsform veranschaulicht, die einen Statusindikator 94 aufweist. Der Statusindikator 94 zeigt visuell einen Schaltzustand des Aktuators 12 und somit auch einen Schaltzustand der Schaltstufen 14, 16 bzw. der diesen zugeordneten Schalter 50, 52, 54, 56 an. Vorzugsweise kann der Schaltzustand auch dann erkannt bzw. abgelesen werden, wenn zumindest eine Schaltstufe 14, 16 mit dem Aktuator 12 gekoppelt ist.
Dies umfasst gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform zunächst, dass der Statusindikator 94 durch das Teilgehäuse 24 der Schaltstufe 14 verdeckt wird. Jedoch ist beim Teilgehäuse 24 ein Lichtleitsegment 96 vorgesehen, das sich in einer entsprechenden Ausnehmung befindet, die das Teilgehäuse 24 durchragt. Auf diese Weise kann ein optisches Signal, das durch den Statusindikator 94 bereitgestellt wird, über das Lichtleitsegment 96 erfasst werden. Sofern ein weiteres Teilgehäuse 26, also eine weitere Schaltstufe 16, vorgesehen ist, kann in analoger Weise ein weiteres Lichtleitsegment 98 vorgesehen sein, das im Teilgehäuse 26 aufgenommen ist. Auf diese Weise kann an einer äußeren Schaltstufe 16, die vom Aktuator 12 entfernt ist, an der vom Aktuator 12 abgewandten Seite ein optisches Signal bereitgestellt werden.
Mit Bezugnahme auf 6 und 7, sowie mit ergänzendem Bezug auf 8 und 9 wird die Gestaltung der Schalteinheit 28 sowie die Gestaltung der Schalter 50, 52, 54, 56 näher veranschaulicht.
Die 6 und 7 zeigen perspektivische Ansichten der Schalteinheit 28 in verschiedenen Ansichtsorientierungen. In 6 ist der Übersichtlichkeit wegen ferner das Teilgehäuse 24 dargestellt, das der Schalteinheit 28 mit den Schaltern 50, 52 zugeordnet ist, wobei das Teilgehäuse 24 separat dargestellt ist.
Der Schalter 52 umfasst eine mit 102 bezeichnete Trägerfeder, die dem ersten Kontaktanschluss 70 zugeordnet ist. Ferner umfasst der Schalter 52 eine Kontaktlamelle 104 sowie ein Federelement 106, die mit der Trägerfeder 102 gekoppelt sind.
Die Trägerfeder 102, die Kontaktlamelle 104 und das Federelement 106 bilden jeweils ein Federpaket 64, 66, vgl. auch 4.
Ferner ist der Schalteinheit 28 eine Zusatzführung 110 zugeordnet, die beispielhaft einen ersten Führungshebel 112 und einen zweiten Führungshebel 114 aufweist. Der Führungshebel 112 ist dem Schalter 50 zugeordnet. Der Führungshebel 114 ist dem Schalter 52 zugeordnet. Die Zusatzführung 110 mit den Führungshebeln 112, 114 kann gleichermaßen auch bei der zweiten Schaltstufe 16 vorgesehen sein, vgl. wiederum 4.
Die Zusatzführung 110 erhöht die Funktionssicherheit der Schalteinheit 28, insbesondere beim Versagen einer der Komponenten des jeweiligen Federpakets 64, 66.
Der Darstellung in 6 ist ferner entnehmbar, dass am Teilgehäuse 24 Gehäuseführungen 120, 122 ausgebildet sind, die einen Anschlag für die jeweilige Trägerfeder 102 der Federpakete 64, 66 der Schalter 50, 52 bereitstellen, vgl. hierzu auch die Darstellung in 10.
Den 7, 8 und 9 ist entnehmbar, dass an der Trägerfeder 102 eine Basis 126 angeordnet bzw. ausgeformt ist, die etwa als abgewinkelte Lasche ausgeführt ist. An der Basis 126 ist die Kontaktlamelle 104 drehbar bzw. schwenkbar an der Trägerfeder 102 aufgenommen, vgl. hierzu auch 8.
Beim Umschalten zwischen den Kontakten 74, 76 wird primär die Kontaktlamelle 104 des Federpakets 66 verschwenkt, und zwar um einen durch die Basis 126 definierten Drehpunkt.
8 veranschaulicht ferner Kontaktelemente oder Kontaktniete 130, 132, 134, die bei den Kontakten 74, 76 sowie bei der Kontaktlamelle 104 vorgesehen sind, um einander im ersten Schaltzustand oder im zweiten Schaltzustand zu kontaktieren.
Ein effektiver Abstand zwischen den Kontakten 74, 76, der einem effektiven Abstand zwischen den Kontaktnieten 132, 134 entspricht, ist in 8 mit a dargestellt. Ferner zeigt 8 einen Abstand I zwischen den Kontakten 74, 76, insbesondere deren Kontaktnieten 132, 134, und einer Aufnahme bzw. Einspannung der Trägerfeder 102 am Teilgehäuse 24. In diesem Zusammenhang wird ergänzend auf die Darstellung in 4 verwiesen, in der die Abstände a und I auch angedeutet sind.
Die Gestaltung des Federpakets 66 erlaubt eine Maximierung des Verhältnisses zwischen a und I, wodurch die Luftstrecke und die Kriechstrecke zwischen den Kontakten 74 und 76 vergrößert werden können.
Eine beispielhafte Ausführungsform des Führungshebels 114 der Zusatzführung 110 kann den 8 und 9 entnommen werden. Der Führungshebel 114 weist einen Arm 138 auf, der sich zwischen zwei Enden erstreckt. An einem Ende des Arm 138 ist eine Lagerung 140 vorgesehen. Am anderen Ende des Arms 138 ist eine Schwenkführung 142 vorgesehen, die beispielhaft gabelartig gestaltet ist. Die Schwenkführung 142 umfasst beispielhaft einen ersten Pin 144 und einen zweiten Pin 146, die die Kontaktlamelle 104 im gefügten Zustand seitlich umgreifen. Dies kann etwa der Darstellung in den 6 und 7 anschaulich entnommen werden.
9 zeigt ferner, dass sowohl an der Trägerfeder 102 als auch an der Kontaktlamelle 104 jeweils eine Federführung 150, 152 ausgebildet ist, bspw. als sich verjüngende Lasche. Das Federelement 106 ist beispielhaft als Tonnenfeder gestaltet. Grundsätzlich kann das Federelement 106 auch als Druckfeder ausgeführt sein. Es versteht sich, dass andere Gestaltungen des Federelements 106 ohne weiteres denkbar sind, einschließlich Zugfedergestaltungen mit angepassten Aufnahmepunkten. Dies gilt auch für die Gestaltung der Federführungen 150, 152.
Die Federführung 150 ist an einem freien Ende der Trägerfeder 102 ausgebildet. Die Federführung 152 ist in einer fensterartigen Ausnehmung 154 der Kontaktlamelle 104 vorgesehen. Die Kontaktlamelle 104 umfasst beispielhaft eine weitere fensterartige Ausnehmung 156, die an einem Rand eine Führungskante 160 aufweist. Die Führungskante 160 der Kontaktlamelle 104 kontaktiert die Basis 126 an der Trägerfeder 102. Die Basis 126 und die Führungskante 160 definieren einen Drehpunkt zwischen der Trägerfeder 102 und der Kontaktlamelle 104.
8 zeigt, dass der Drehpunkt der Kontaktlamelle 104 in einer Ebene angeordnet ist, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Betätigers 88 (Doppelpfeil 162 in 8) ausgerichtet und zwischen den Kontakten 74, 76 angeordnet ist, etwa mittig. Dies bewirkt dann, wenn der Betätiger 88 auf das Federpaket 66 einwirkt, um die Kontaktlamelle 104 zwischen den Kontakten 74 und 76 zu bewegen, zunächst eine Kompression des Federelements 106. Die Kompression des Federelements 106 wird maximal, wenn die Kontaktlamelle 104 etwa parallel zu besagter Ebene steht. In Richtung auf den anderen der beiden Kontakte 74, 76 kann sind das Federelement 106 wieder expandieren, so dass sich eine Kraftkomponente ergibt, die die Kontaktlamelle 104 in Richtung auf den gewünschten Kontakt 74, 76 drängt. Auf diese Weise ist das Federpaket 66 gemäß zumindest beispielhaften Ausführungsformen als bistabiles Federpaket ausgeführt.
8 zeigt ferner, dass die Lagerung 140 des Führungshebels 114 vom Drehpunkt der Kontaktlamelle 104 (Basis 126) in Richtung auf die Kontakte 74, 76 beabstandet ist. Wenn der Betätiger 88 durch den Aktuator 12 bewegt wird, werden zumindest die Kontaktlamelle 104 und der Führungshebel 114 im Wesentlichen gleichsinnig verschwenkt. Demgemäß folgt die Schwenkführung 142 der Kontaktlamelle 104, wodurch der Führungshebel 114 auch eine Schwenkführung für die Kontaktlamelle 104 bereitstellt.
9 veranschaulicht ferner eine beispielhafte Detailgestaltung des Betätigers 88, wobei ergänzend auf die gekoppelte Darstellung zweier Betätiger 88, 90 in 11 verwiesen wird.
Der Betätiger 88 weist eine Mitnahmeausnehmung 164 zur Mitnahme des Führungshebels 114 auf. Wenn der Betätiger 88 bewegt wird, wird der Arm 138 des Führungshebels 114 durch die Mitnahmeausnehmung 164 mitgenommen.
Ferner weist der Betätiger 88 einen Führungsbereich 166 auf, der auch als Ausnehmung gestaltet ist. Der Führungsbereich 166 dient zur Mitnahme der Kontaktlamelle 104, vgl. auch 7. Vorzugsweise kontaktiert der Betätiger 88 das Federpaket 66 des Schalters 52 (direkt) vorrangig oder gar ausschließlich über die Kontaktlamelle 104.
Ferner weist der Betätiger 88 Biegekanten 170, 172 auf, die den Ausnehmungen 164, 166 zugeordnet sind. Je nach aktueller Schaltstellung kann sich die Kontaktlamelle 104 zumindest abschnittsweise um die Biegekanten 170, 172 biegen, in Reaktion auf die über den Betätiger 88 und über das Federelement 106 eingebrachten Kräfte.
11 zeigt, dass beide Abschnitte des Betätigers 88, die dem Schalter 50 und dem Schalter 52 zugeordnet sind, in ähnlicher Weise mit Mitnahmeausnehmungen 164, 166 und Führungsbereichen bzw. Führungskante 170, 172 versehen sind. Gemäß der anhand der 6 bis 11 veranschaulichten Konfiguration sind die Führungshebel 112, 114 jeweils an der gleichen Seite des Schalters 50, 52 angeordnet. Dies bedingt die unsymmetrische Gestaltung des Betätigers 88, vgl. wiederum 11. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch eine Gestaltung symmetrisch zu einer (gedachten) Mittelebene vorstellbar ist, wenn demgemäß auch die Führungshebel 112, 114 symmetrisch zueinander gestaltet sind. Dies würde jedoch einen erhöhten Werkzeugaufwand bedeuten. Demgemäß ist es von Vorteil, ein und denselben Typ des Führungshebels, 112, 114 jeweils auf der gleichen Seite der Schalter 50, 52 vorzusehen.
10 veranschaulicht ergänzend einen Lagerbock 176, der am Teilgehäuse 24 ausgebildet ist. Der Lagerbock 176 stellt eine Lagerung für die Lagerung 140 des Führungshebels 114 bereit. Gemeinsam definieren der Lagerbock 176 und die Lagerung 140 einen Drehpunkt um den der Arm 138 des Führungshebels 114 verschwenkbar ist. Die Schwenkbewegung des Führungshebels 114 wird durch die Bewegung des Betätigers 88 erzeugt.
Ferner veranschaulicht 10 mit 178, 180 bezeichnete Führungsstege, die gemeinsam mit der Gehäuseführung 120 eine Führung für den Betätiger 88 bereitstellen. Wie vorstehend bereits dargestellt, bildet die Gehäuseführung 120 ferner einen Anschlag für die Trägerfeder 102. Ferner veranschaulicht 10, dass die Trägerfeder 102 den Führungshebel 114 im Bereich seiner Lagerung 140 zumindest teilweise abdeckt und somit die Lagerung des Führungshebels 114 am Lagerbock 176 sichert. Dies ist von Vorteil, da somit zur Fixierung des Führungshebels 114 kein weiteres Sicherungselement erforderlich ist.
Der Führungshebel 114 bewirkt über die Schwenkführung 142 eine zusätzliche Zwangsführung für die Kontaktlamelle 104. Insbesondere dann, wenn es beim Federpaket 64 zu einem Bauteilversagen oder zu übermäßigem Verschleiß kommen sollte, kann die Schwenkführung 142 zumindest verhindern, dass die Kontaktlamelle 104 eines der Schalter 50, 52 einen gegengesetzten Kontakt 74, 76 kontaktiert.
11 zeigt ergänzend eine Kopplung zwischen den beiden Betätigern 88, 90, wobei ferner der Betätiger 88 mit dem Stößel 58 gekoppelt ist. Zur Kopplung zwischen den Betätigern 88, 90 ist beispielhaft eine mit 186 bezeichnete Rastverbindung mit Rastnasen und Rastausnehmungen vorgesehen. Gleichermaßen kann zwischen dem Betätiger 88 und dem Stößel 58 eine Rastverbindung ausgebildet sein (in 11 nicht explizit dargestellt).

Claims

Relais (10), insbesondere Hochspannungsrelais mit zwangsgeführten Kontakten, das Folgendes aufweist: - einen Aktuator (12), - einen Betätiger (88), der mit dem Aktuator (12) gekoppelt ist, - eine Schalteinheit (28), die zumindest einen ersten Schalter (50) und einen zweiten Schalter (52) umfasst, die über den Betätiger (88) miteinander zwangsgeführt gekoppelt sind, und die jeweils zumindest eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweisen, und - eine Zusatzführung (110) mit zumindest einem Führungshebel (112, 114), der mit dem Betätiger (88) und zumindest dem ersten Schalter (50) oder dem zweiten Schalter (52) gekoppelt ist, wobei der erste Schalter (50), der zweite Schalter (52) und der Führungshebel (112, 114) durch den Betätiger (88) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalter (50) und der zweite Schalter (52) jeweils einen ersten, stabilen Zustand und einen zweiten, metastabilen oder stabilen, Zustand aufweisen.
Relais (10), insbesondere Hochspannungsrelais mit zwangsgeführten Kontakten, das Folgendes aufweist: - einen Aktuator (12), - einen Betätiger (88), der mit dem Aktuator (12) gekoppelt ist, - eine Schalteinheit (28), die zumindest einen ersten Schalter (50) und einen zweiten Schalter (52) umfasst, die über den Betätiger (88) miteinander zwangsgeführt gekoppelt sind, und die jeweils zumindest eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung aufweisen, und - eine Zusatzführung (110) mit zumindest einem Führungshebel (112, 114), der mit dem Betätiger (88) und zumindest dem ersten Schalter (50) oder dem zweiten Schalter (52) gekoppelt ist, wobei der erste Schalter (50), der zweite Schalter (52) und der Führungshebel (112, 114) durch den Betätiger (88) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (20) vorgesehen ist, das eine Lagerung (176) für den zumindest einen Führungshebel (112, 114) bereitstellt, dass der zumindest eine Führungshebel (112, 114) um die Lagerung (176) verschwenkbar ist, wenn der Betätiger (88) bewegt wird, dass der Führungshebel (112, 114) einen Arm (138) aufweist, der eine Mitnahmeausnehmung (164) des Betätigers (88) durchragt, und dass an einem Ende des Arms (138) eine Lagerung (140) und am anderen Ende des Arms (138) eine Schwenkführung (142) in Form einer Führungsgabel ausgebildet ist, die eine Kontaktlamelle (104) des Schalters (50, 52), an einer Oberseite und einer Unterseite umgreift.
Relais (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Schalter (50) und der zweite Schalter (52) jeweils einen ersten, stabilen Zustand und einen zweiten, metastabilen oder stabilen, Zustand aufweisen, wobei der erste Schalter (50) und der zweite Schalter (52) insbesondere bistabil gestaltet sind.
Relais (10) nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Gehäuse (20), das eine Lagerung (176) für den zumindest einen Führungshebel (112, 114) bereitstellt, wobei der zumindest eine Führungshebel (112, 114) um die Lagerung (176) verschwenkbar ist, wenn der Betätiger (88) bewegt wird.
Relais (10) nach Anspruch 2 oder 4, wobei der Führungshebel (112, 114) durch die Schalteinheit (28), insbesondere durch eine Trägerfeder (102) der Schalteinheit (28), in seiner am Gehäuse (20) gelagerten Position gesichert ist.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, wobei am Gehäuse (20) ferner eine Gehäuseführung (120, 122) in Form eines Haltebügels vorgesehen ist, die einen Anschlag für zumindest den Führungshebel (112, 114) oder einen der Schalter (50, 52) der Schalteinheit (28) bereitstellt.
Relais (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Drehpunkt des Führungshebels (112, 114) gegenüber einem Drehpunkt des zugeordneten Schalters (50, 52) in Richtung auf einen Bereich versetzt ist, in dem der Betätiger (88) an den Schalter (50, 52) angreift.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 7, sofern nicht auf Anspruch 2 zurückbezogen, wobei der Führungshebel (112, 114) einen Arm (138) aufweist, der eine Mitnahmeausnehmung (164) des Betätigers (88) durchragt, wobei an einem Ende des Arms (138) eine Lagerung und am anderen Ende des Arms (138) eine Schwenkführung (142) ausgebildet ist, insbesondere in Form einer Führungsgabel, die den Schalter (50, 52), insbesondere eine Kontaktlamelle (104) des Schalters (50, 52), an einer Oberseite und einer Unterseite umgreift.
Relais (10) nach einem der Ansprüche1 oder 4 bis 8, sofern nicht auf Anspruch 2 zurückbezogen, wobei der erste Schalter (50) und der zweite Schalter (52) jeweils ein Federpaket (66) aufweisen, das Folgendes umfasst: - eine Trägerfeder (102), die mit einem ersten Kontaktanschluss (70) verbunden ist, - eine Kontaktlamelle (104), die an der Trägerfeder (102) aufgenommen ist, und die in der ersten Schaltstellung einen ersten Kontakt (74) und in der zweiten Schaltstellung einen zweiten Kontakt (76) eines Wechselkontaktes (72) kontaktiert, und - ein Federelement (106), das zwischen der Trägerfeder (102) und der Kontaktlamelle (104) aufgenommen ist, um die Trägerfeder (102) und die Kontaktlamelle (104) gegeneinander zu verspannen.
Relais (10) nach Anspruch 9, wobei die Kontaktlamelle (104) schwenkbar an einer Basis (126) aufgenommen ist, die an der Trägerfeder (102) vorgesehen ist, und wobei das Federelement (106) der Trägerfeder (102) und der Kontaktlamelle (104) zwischengeschaltet ist und die Kontaktlamelle (104) unter Vorspannung an der Trägerfeder (102) hält.
Relais (10) nach Anspruch 10, wobei ein Drehpunkt der Kontaktlamelle (104) an der Trägerfeder (102) in einer Ebene angeordnet ist, die sich senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Betätigers (88) erstreckt, und die zwischen dem ersten Kontakt (74) und dem zweiten Kontakt (76) des Wechselkontaktes (72) angeordnet ist.
Relais (10) nach einen der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Federelement (106) vorgespannt wird und, nach Durchlaufen eines Totpunkts, entspannt wird, wenn die Kontaktlamelle (104) zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung bewegt wird.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Federelement (106) schließkraftverstärkend wirkt und insbesondere sowohl in der ersten Schaltstellung als auch in der zweiten Schaltstellung jeweils eine Kraftkomponente auf die Kontaktlamelle (104) erzeugt, die die Kontaktlamelle (104) in Richtung auf den jeweiligen Kontakt (74, 76) des Wechselkontaktes (72) drängt.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Federelement (106) als Druckfeder, insbesondere als Tonnenfeder, gestaltet ist und zwischen einer Federführung (150) der Trägerfeder (102) und einer Federführung (152) der Kontaktlamelle (104) aufgenommen ist, und/oder wobei der Betätiger (88) zwischen dem ersten Kontaktanschluss und dem Wechselkontakt an das Federpaket (66), insbesondere an die Kontaktlamelle (104), angreift.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei sich die Kontaktlamelle (104) in zumindest einer Schaltstellung am Betätiger (88) abstützt und insbesondere in einem Führungsbereich (166) des Betätigers (88) geführt ist.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der zumindest eine Führungshebel (112, 114) mit einer Mitnahmeausnehmung (164) des Betätigers (88) gekoppelt ist, um bei Bewegungen des Betätigers (88) eine Schwenkbewegung des Führungshebels (112, 114) zu bewirken, und wobei ein Kraftangriff des Führungshebels (112, 114) an der Kontaktlamelle (104) in einem Kontaktbereich erfolgt, der von der Mitnahmeausnehmung (164) beabstandet ist.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei das Federpaket (66) derart mit dem Aktuator (12) und mit einer Rückstellfeder (84) zusammenwirkt, die einer Betätigungskraft des Aktuators (12) entgegenwirkt, dass sich für jeden der Kontakte (74, 76) des Wechselkontaktes (72) im Wesentlichen gleiche Kontaktkräfte ergeben.
Relais (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei ein effektiver Abstand (a) zwischen den beiden Kontakten (74, 76) des Wechselkontaktes (72) mindestens 15%, vorzugsweise mindestens 20%, weiter bevorzugt mindestens 25% eines Abstands (I) zwischen den Kontakten (74, 76) des Wechselkontaktes (72) und einer gehäuseseitigen Fassung der Trägerfeder (102) beträgt.
Relais (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betätiger (88), die Schalteinheit (28) und die Zusatzführung (110) einer ersten Schaltstufe (14) zugeordnet sind, wobei der Betätiger (88) mit einem weiteren Betätiger (90) koppelbar ist, insbesondere mittels einer Rastverbindung (186), und wobei der weitere Betätiger (90) einer zweiten Schaltstufe (16) zugeordnet ist, die auf die erste Schaltstufe (14) aufsetzbar ist, vorzugsweise auf einer vom Aktuator (12) abgewandten Seite.
Relais (10) nach Anspruch 19, wobei der ersten Schaltstufe (14) ein erstes Teilgehäuse (24) und wobei der zweiten Schaltstufe (16) ein zweites Teilgehäuse (26) zugeordnet ist, wobei das zweite Teilgehäuse (26) vorzugsweise mit dem ersten Teilgehäuse (24) verrastbar ist.
Relais (10) nach Anspruch 19 oder 20, ferner ausweisend einen optischen Statusindikator (94), der vorzugsweise mit einem Lichtleiter gekoppelt ist, wobei jeder Schaltstufe (14, 16) ein Lichtleitersegment (96, 98) zugeordnet ist, um an einer aufgesetzten Schaltstufe (16) ein Signal bereitzustellen.
Relais (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuerungselektronik (60) zur Ansteuerung des Aktuators (12), wobei die Steuerungselektronik (60) dazu ausgebildet ist, den Aktuator (12) mit einem Anzugstrom und einem Haltestrom anzusteuern.
Relais (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Schnittstelle zur Kopplung mit einer übergeordneten Steuerung, wobei das Relais (10) vorzugsweise unter Nutzung der übergeordneten Steuerung mit weiteren Relais (10) koppelbar ist.